POT시스템과 비선형 탄성커플링을 갖는 어선용 기관축계의 비틀림 자유진동해석
Torsional Vibration Analysis for Engine Shafting of Fishing Vessel with PTO System and Nonlinear Elastic Coupling
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갑판기계의 구동하는 트롤어선 및 저인망 어선에서 쉽게 볼 수 잇는 PTO 시스템 및 비선형 탄성커플링을 갖는 어선 기관축계를 대상으로 축RP의 비틀림 진동해석을 전달강성계수법을 이용하여 축계의 고유진동수, 고유모드 및 위험속도를 계산하였다. 계산모델을 어로작업 시의 기관축계의 연결 조건에 따라 주기관이 PTO와 추진기를 동시에 구동하는 축계, 추진기만 구동하는 축계, 그리고 PTO만 구동하는 축계로 분리하여 각각 수치계산을 수행하였고, 동시에 비선형 탄성커플링인 G사의 G형 및 R사의 D형 탄성커플링의 비선형 동특성을 고려하였다. 수치계산 결과를 정리해 보면 다음과 같다. (1) G형 비선형 탄성커플링이 장착된 기관축계에서는 회전속도의 증가에 따라 저차 고유진동수가 소폭 증가하였고, D형 비선형 탄성커플링이 장착된 기관축계에서는 전달토크의 증가에 따라 저차 고유진동수가 크게 증가하였으며, 특히 추진기와 PTO가 연결된 축계와 추진기만 연결된 축계는 1차 고유진동수가, 그리고 PTO만 연결된 축계는 2차 고유진동수가 다른 차수의 고유진동수보다 변화의 폭이 상대적으로 컸다. (2) 축계의 연결조건에 따른 차수별 고유진동수를 비교해 보면, PTO만 구동하는 축계의 고유진동수가 다른 축계에 비해 컸고, PTO와 추진기를 동시에 구동하는 축계의 고유진동수는 다른 축계에 비해 작았다. 예외적으로 추진기만 구동하는 축계으 l2차 고유진동수가 다른 축계의 2차 고유진동수에 비해 상당히 컸다. (3) 1차 및 2차 고유모등의 절은 축계의 연결 상태에 관계없이 대부분 탄성커플링에서 절이 나타났고, 예외로 추진기만 주기관에 연결된 축계에서는 2차 고유모드가 기관축계에서 선수쪽의 축과 선미쪽인 추력축에서 절이 나타났다. 끝으로 유한요소법으로 동일한 조건하에서 계산한 진동해석 겨로가와의 비교를 통해 전달강성계수법의 신뢰성을 확인하였다. 추후 동일 모델에 대한 강제진동해석에 관한 연구도 필요하다고 사료된다.
Abstract
After studying the composition about the torsional shafting of main engine for fishing vessel with Power Take Off (PTO) System, the authors made a computer program using the transfer stiffness coefficient method (TSCM) for analyzing torsional vibration about the shafting with PTO system and nonlinear elastic coupling. The torsional shafting of main engine was separated by 3 types according to the connecting condition of main engine with propeller or the PTO system or both of them. In this paper, the change of natural frequencies and natural modes according to connection condition of torsional shafting and nonlinear elastic coupling were analyzed. The accuracy of the TSCM was confirmed by comparing with the computational results of the Finite Element Method.
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